AgNO3/KI配比對電泳法測定AgI膠體Zeta電勢的影響及實驗現象探討

陳 平，趙 佳，吳振玉，古莉娜

（安徽大學化學化工學院，安徽合肥 230601）

電泳法測定AgI膠體的Zeta電勢是大學物理化學實驗教學中一個重要的基礎實驗[1-3]，也是中學膠體化學教學中較好的電泳演示實驗范例[4]。一般在實驗過程中電泳速度分析[5]，輔助液的選擇[1]等都是通常需要考慮和注意的問題。

Zeta電勢的重要意義在于它的數值與膠態分散的穩定性相關。Zeta電勢是對顆粒之間相互排斥或吸引力的強度的度量。分子或分散粒子越小，Zeta電勢（正或負）越高，體系越穩定，即溶解或分散可以抵抗聚集。反之，Zeta電勢（正或負）越低，越傾向于凝結或凝聚，即吸引力超過了排斥力，分散被破壞而發生凝結或凝聚。對于高分子涂料、釀造、陶瓷、制藥、藥品、礦物處理和水處理等各個行業，Zeta電勢的大小是極其重要的參數[6-7]。

然而大學物理化學實驗教學中，對于膠粒帶電大小（即Zeta電勢得大小）和膠粒帶電符號的研究和討論不多。我們在實驗教學中，讓同學們通過設計性綜合實驗，研究了AgNO3/KI配比對電泳法測定AgI膠體Zeta電勢大小的影響，并探討了實驗過程中的一些實驗現象出現的原因，鍛煉和提高了同學們的綜合素質。

1 AgI膠體的制備和電泳實驗

1.1 AgI負電膠體的制備和電泳實驗

在燒杯中加入 100 mL 0.01mol·L-1KI，攪拌下用滴定管加入一定量0.01 mol·L-1的AgNO3，得到不同AgNO3：KI配比的負電AgI溶膠。輔助液為濃度為0.005 mol·L-1KCl溶液。將兩電極與穩壓直流電源連接，電壓為200 V，每4 min記錄一次兩邊界面位置的讀數。每種膠體平行做三次測試，取平均值作為該膠體的實驗測定Zeta電勢。

實驗發現，為較好的滴入輔助液防止擾動界面，可在管壁處放上濾紙，使輔助液沿濾紙慢慢流入管內，比直接沿管壁慢慢滴加更易獲得清晰的輔助液與膠體的分界面。

1.2 AgI正電膠體的制備和電泳實驗

在配制過程中，文獻均說明應在攪拌條件下向AgNO3溶液中緩慢滴加KI，但實際操作中發現，在不停攪拌的條件下快速滴加反而比緩慢滴加產生的沉淀量少，以0.01 mol·L-1的AgNO3：KI的體積比等于100:95為例，緩慢滴加時，在滴加20ml KI時表面就產生了明顯的漂浮狀沉淀及兩粒小沉淀，再滴加1ml后又出現較多小沉淀,而將KI快速倒入Ag-NO3時未觀察到顆粒狀沉淀，只有表面有少量漂浮型沉淀，其它體積比時情況同上。輔助液的添加同負電膠體和電泳實驗同負電膠體。

2 Zeta電勢測試結果和電泳實驗現象

電泳實驗發現，無論正通電還是反通電，或是交換電極等，均是正極的界面穩定清晰，負極界面相對穩定，不易觀察。正極界面較為平穩，而負極界面傾斜狀況較嚴重，不便于準確讀數，見圖1。因此，實驗測定，應該選擇觀察正極數據。

圖1 AgI負電膠體通電時的界面變化圖

由于ζ電勢變化微小，每4min記錄一次數據，取電泳12 min和電泳20 min的情況進行分析。下表為電泳12 min和電泳20 min后，分別以正極界面和負極界面平均4 min內移動的距離為電泳的速率，所測定的平均ζ電勢。

2.1 AgI負電膠體Zeta電勢測試結果及分析

表1 不同配比的膠體分別在12 min、20 min時正負極分別測得的ζ電勢

為了直觀分析數據，對12 min、20 min時正負極分別測得的ζ電勢對配制AgI負電膠體時AgNO3的加入量作圖。見圖2，3。

圖2 AgNO3用量與正極ζ電勢的關系曲線圖

觀察圖表后可以發現，對于負電溶膠，負極的電勢關系圖過于混亂，沒有明確的變化規律。正極的ζ電勢隨著AgNO3用量的增多而不斷減小，符合事實，AgNO3量減少，則KI過量，AgI負電膠體吸附的I-離子應該較多，相應的AgI負電膠體的ζ電勢也應該較大。我們還發現電泳的時間越長，測得的ζ電勢也越大，在AgNO3量為85 ml左右，電泳時間為20 min左右，測得的ζ電勢變化趨于平緩。電泳時間太長，會使界面模糊，影響實驗結果。影響電泳速度的一個重要因素是電位梯度E（電壓除以兩極間距離），電位梯度相同，對電泳速度影響就相同，但電壓不能過高，否則電流熱效應增強，界面附近膠體密度增大，甚至出現凝聚現象，但是電壓太低，界面移動距離太短，不易讀數，誤差增大。時間太長，會使界面模糊，影響實驗結果。所以，電位梯度一般采用6 V/cm左右，時間不超過20 min。

圖3 AgNO3用量與負極ζ電勢的關系曲線圖

2.2 AgI負電膠體Zeta電勢測試的正極輔助液顏色變化及分析

從AgNO3：KI的比例為75:100開始，就可以在電泳過程中觀察到正極輔助液顏色逐漸變黃，比例相差越大，輔助液開始出現黃色的時間越短，見表2。時間過長則在界面處出現黃色聚沉物，隨著時間的延長，會出現黃色至黃灰到灰黑的變化，類似與文獻[2]所描述的一些實驗現象。

表2 膠體不同配比下輔助液顏色變化時間及現象

長時間電泳后，界面處產生的顏色原因，文獻[2]已經作了較詳細地分析，隨著AgNO3：KI比例的變化，正極輔助液顏色變化可能是因為正極除了發生了水的氧化反應生成氧氣外，正極附近還可能會有如下反應發生：

特別是隨著AgNO3：KI比例的變小，溶液中I-是增大的，這個反應發生的趨勢更大，并且相同條件下，反應（2）比反應（1）更容易發生，生成少量的I2幾乎能夠完全溶于水，使正極輔助液的黃色加深。

2.3 AgI正電膠體Zeta電勢測試結果及分析

電泳過程中，實驗現象變化情況以100:95的AgNO3：KI的比例為例，通電3 min后，負極界面處的沉淀大幅度增多，負極管的沉淀變厚，向下擴散非常迅速，10 min后沉淀的黃色變深，隨著沉淀向正極移動，沉淀不停增多而不發生擴散。一段時間后，黑色的Ag2O析出在管壁上，負極管內逐漸變得澄清，20 min后，連接負極的管內沉淀全部向正極“移動”，負極管附近只剩下黑色的Ag2O附著在管壁上，負極管變得更加澄清，沉淀則聚集在中部偏負極。

圖4 AgI正電膠體通電時負極界面現象變化圖（從左到右依次為電泳時間加長）

分析可能是因為：在正負電極電泳的同時伴隨的主要反應是水的電解，在負極產生了H2和OH-離子：

因而負極有如下反應發生：

由于AgOH不穩定，易分解成黑色的Ag2O，反應式如下：

首先，電泳開始后，負極處產生的OH-，與本已過量的Ag+發生反應，產生沉淀，破壞了膠體的帶電性質，發生聚沉。但是，沒有聚沉的正電的AgI膠體在電場的作用下，理應由負極向正極移動，這部分正電膠體夾著聚沉后的膠體沉淀和AgOH與Ag2O的沉淀，一起向負極移動，所以在負極處出現沉淀迅速增多下移現象，沉淀增多是由于膠體聚沉和反應產生的AgOH與Ag2O的沉淀，沉淀下移是由于正電膠體的移動所致。隨著電泳時間的延長，OH-不斷增多，聚沉更加嚴重，正電膠體顆粒減少，加上沉淀嚴重，移動不明顯，導致根本無法觀察到清晰地界面移動現象。隨著AgNO3：KI的比例變大，上述現象更為明顯，顯然，由于以上分析的原因和實際的實驗現象觀察，正電的AgI膠體不適合做電泳實驗，更不能用電泳實驗來測定正電的AgI膠體的ζ電勢。

通過以上實驗研究和分析表明，以AgI膠體電泳測定膠體ζ電勢的實驗，應該注意一下幾點：（1）應該用KI過量配制負電膠體，AgNO3過量配制正電膠體不適宜做電泳實驗。（2）KI/AgNO3的物質的量比在100：85左右較好。（3）測定膠體電泳速率應該以正極界面的移動速率為準較好。（4）電泳的時間不宜超過20 min。（5）電位梯度一般采用6 V/cm左右。

[1]莊繼華，等.物理化學實驗[M].3版.北京：高等教育出版社，2005.

[2]趙鴻喜.AgI溶膠界面移動法電泳實驗聚沉現象分析[J].大學化學，1994，9（2）:39.

[3]陳中道,張波.膠體電泳實驗方法的改進[J].濟寧醫學院學報，1999（1）:53.

[4]孫曾圻，羅守順，趙宜學.AgI膠體的電泳是進行電泳教學的一個比較好的范例[J].北京教育學院學報，1994（1）:26.

[5]汪成范.膠體電泳速度實驗初探[J].武漢師范學院學報：自然科學版，1983（1）：129.

[6]Robert J.Hunter.Zeta potential in colloid science principles and applications[M].London:Academic Press,1981.

[7]傅獻彩，沈文霞，姚天揚，等.物理化學：下冊[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.